Микрофлора: состав и значение¶
Микрофлора — совокупность микроорганизмов (бактерий, архей, грибов, простейших, а также вирусов), постоянно или временно населяющих определённую среду: организм человека, животных, растений, почву, воду или технические системы. Термин образован от греческих слов μικρός («малый») и латинского flora («растительность»); в современной науке наряду с ним употребляется более точное понятие микробиота, поскольку оно подчёркивает не только видовой состав, но и функциональную роль сообщества. Микрофлора — предмет изучения микробиологии, экологии и медицинской науки; её состав служит индикатором состояния среды и здоровья хозяина.
¶Общая характеристика
Микроорганизмы распространены повсеместно: их обнаруживают в атмосфере, почве, водоёмах, на поверхности предметов и внутри многоклеточных организмов. Численность клеток в сообществе измеряется величинами порядка 10⁶–10¹² на грамм субстрата. Совокупность микроорганизмов конкретной среды называют биоценозом, а устойчивую группу, заселяющую определённый участок, — нормальной микрофлорой (резидентной). Микроорганизмы, попадающие в среду случайно и не задерживающиеся в ней, относят к транзиторной (временной) микрофлоре.
Сообщества микроорганизмов формируют биоплёнки — структурированные скопления клеток, прикреплённых к поверхности и окружённых внеклеточным матриксом. Биоплёнки повышают устойчивость микробов к антибиотикам, дезинфектантам и иммунным факторам хозяина.
¶Микрофлора человека
Тело человека содержит примерно столько же микробных клеток, сколько и собственных, — по разным оценкам, от 10¹³ до 10¹⁴. Основная масса сосредоточена в толстом кишечнике, где плотность достигает 10¹¹–10¹² клеток на миллилитр содержимого. Другие «населённые» участки — кожа, ротовая полость, верхние дыхательные пути, урогенитальный тракт.
Состав кишечной микрофлоры формируется с рождения: на него влияют способ родоразрешения, характер вскармливания, питание, приём антибиотиков, гигиена и генетика хозяина. Доминирующие группы у взрослого человека — бактерии типов Bacteroidetes и Firmicutes, а также актинобактерии, протеобактерии и археи. Микробиота выполняет ряд функций:
- расщепление неперевариваемых пищевых волокон с образованием короткоцепочечных жирных кислот;
- синтез витаминов (K, группы B) и отдельных аминокислот;
- участие в формировании иммунного ответа и «обучении» иммунной системы;
- защита от патогенов за счёт конкуренции за питательные вещества и места прикрепления;
- влияние на метаболизм, нервную систему и поведение через так называемую ось «кишечник — мозг».
Нарушение состава и функций микробиоты называют дисбактериозом (дисбиозом). Он сопутствует ряду заболеваний — воспалительным процессам кишечника, ожирению, аллергиям, аутоиммунным и неврологическим расстройствам. При этом дисбиоз чаще выступает следствием, а не первопричиной патологии, и его диагностическая трактовка в медицине остаётся предметом дискуссий.
¶Микрофлора растений и почвы
Почва — одна из самых богатых микробных сред. В одном грамме плодородной почвы содержатся миллионы бактерий и десятки тысяч грибов. Почвенные микроорганизмы разлагают органические остатки, участвуют в круговороте углерода, азота, фосфора и серы, формируют гумус. Особую роль играют азотфиксирующие бактерии (клубеньковые бактерии рода Rhizobium, свободноживущие Azotobacter) и микоризные грибы, вступающие в симбиоз с корнями растений.
У растений различают ризосферную микрофлору (в зоне корня), эпифитную (на поверхности листьев и стеблей) и эндофитную (внутри тканей). Эти сообщества повышают доступность питательных веществ, подавляют фитопатогены и повышают устойчивость растений к стрессу. На этом основано применение биопрепаратов для сельского хозяйства.
¶Микрофлора в промышленности и быту
Микроорганизмы используют в пищевой промышленности — при производстве кисломолочных продуктов, сыров, хлеба, квашеных овощей, вина и пива. В биотехнологии их применяют для получения антибиотиков, ферментов, витаминов, органических кислот и кормового белка. Методом метагеномики изучают состав микробных сообществ без выделения отдельных культур, что существенно расширило представления о некультивируемых формах.
Обратная сторона — порча продуктов, биокоррозия материалов, обрастание судов и трубопроводов, а также распространение инфекций. В быту для контроля микрофлоры применяют стерилизацию, пастеризацию, консервирование, антисептики и дезинфектанты.
¶Методы изучения
Классический подход — посев на питательные среды с последующей идентификацией выделенных культур по морфологическим, биохимическим и серологическим признакам. Он даёт информацию лишь о культивируемых микроорганизмах, которые составляют меньшую часть сообщества. Современные методы — полимеразная цепная реакция, секвенирование генов рибосомной РНК (в частности, 16S rRNA), метагеномный анализ, хромато-масс-спектрометрия микробных маркеров — позволяют оценивать состав сообщества в целом, включая некультивируемые виды.
¶Значение
Микрофлора участвует в поддержании плодородия почв, круговороте веществ в биосфере, пищеварении и иммунитете животных и человека, в производстве продуктов питания и лекарств. Изучение микробных сообществ — одно из наиболее активно развивающихся направлений биологии; связанные с ним исследования формируют представления о симбиозе, экологии и здоровье человека.
Источники: учебники по микробиологии и экологии микроорганизмов, обзорные публикации по микробиоте человека, материалы по почвенной микробиологии и биотехнологии.